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标题:
"动中通"微带双工器ADS设计与仿真
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作者:
admin
时间:
2019-9-27 15:10
标题:
"动中通"微带双工器ADS设计与仿真
1
引言
( g% g- q2 B! Y
1 m4 O9 R- ]/ `( r
卫星通信目前我国已研制出可移动的卫星通讯终端和接收型的“动中通”终端系统，可广泛用于汽车，火车，轮船等运动体，可实时跟踪同步通讯卫星，但收发双工型“动中通”终端系统尚属国内空白。
3 e; I3 W. {' J$ r5 ~' o1 y- P
0 f# x4 f7 [4 ~: S+ |* V5 w; b
2
系统介绍
, G5 @; i* x1 E; C7 J3 C
0 {0 m1 w8 x+ e% H
该“动中通”系统采用
LNB
变频以后下传的、为了减轻转台的载荷，发射功放下置的方式，系统技术指标及要求
:
! ?/ h# R t+ o! y
(1)
下行信号
If L Band
6 c& Z% Y7 N2 X# Z3 O
If
±0.25GHz
2 o6 w& U7 i6 M) o
P
≤
-10dBm
1 G& r5 o) F$ D5 ?# ~
(2)
上行信号
Ku Band
% e& j3 l$ a' ?* h: ~* ?
Rf:Ku ±0.25GHz
, E6 w4 g) L2 D; r9 Q
P
≥
48dBm
j+ z" v3 e7 j) u7 N0 f. X
(3)
通道插损
- `3 S, m3 S& P& v9 H; e" T$ s
ILRf
≤
0.5dB
* j2 D8 [$ A% V* B( U7 K+ h }
ILIf
≤
1.0dB
' [' c# Q. v- W8 c8 _9 M3 |
(4)
通道隔离
% Q" i, a% p q# F
ISO
≥
65dB
9 s) ~$ c$ a* l& s, z& G, g! V' n
$ i$ i' V, d5 w2 p
3
模型的特性分析
V. U- ?0 g0 d5 _$ ?0 I
2 L/ }9 n! o7 f& W+ O- _
首先我们根据频率、指标特性确定选择方案模型，由于
IF
与
RF
频率相差甚远，可以将其分解设计，所以方案采用
RF
通道高通滤波，
IF
通道低通滤波的分解设计方式，
2
个通道之间采用
LC
低通滤波电路相连接的方式，使用
ADS
软件建立电路模型，电路模型如图
-1
，并对其系统的可行性进行了仿真，仿真结果满足技术指标要求，可以采用该模型方案设计，电路模型仿真结果如图
-2.
, w. i& D/ l% q/ ?1 @
- \9 { h! A' q6 ^6 ]
. C6 a# ? V; d# a! C* n
图
2
电路模型仿真结果
4 N( v+ a9 m( R1 y5 ?6 V( c" O& w
0 X' O9 F5 |# _2 h" ^4 K4 I
基板的选择
,
根据频率
,
功率容量及现有材料
,
选择
Er=2.65,H=1.0
的低损耗聚四氟乙烯材料。
1 F% D7 V6 b7 h6 h O3 F
. f, u4 g1 r F% C4 l
3.1
高通滤波器的特性分析、设计及仿真
s, T$ j9 J6 c: x3 x8 h, N% j
+ ]5 j9 B- e2 ^$ W
RF
通道的特点是低插损，高功率。如果在此频率设计微带的高通滤波器很难满足低插损的要求，经过分析，
RF
通道高通滤波器采用交指电容的方式设计，由于电容很小
,
高频率可以小插损的传输
,
但是相对于
IF
通道低频阻抗很大
,
相当于开路
,
可以起到隔离的作用
.
设计时将高通滤波交指电容的匹配频率设计到
Ku
波段，这样既保证
RF
通道
Ku
波段的低插损，又能保证
IF
通道
L
波段与
RF
通道
Ku
波段具有隔离性。设计高通电容电路参数如图
-3
，电路仿真结果如图
-4
所示。
. j: N8 c% @! d/ k( H9 k
: S+ D Y9 }* \2 r0 \8 o* l
图
4
高通电容电路仿真结果
. i* M; ]+ B6 ]8 j
- E9 A6 g4 J: f$ C5 u
3.2
低通滤波器的特性分析、设计及仿真
( e, z7 x- j! \! \/ }
* R- C1 h4 b8 H& m1 H
①
IF
通道低通滤波器采用微带高低阻抗线的电路形式设计。
+ q8 I( D T+ O0 Y3 U
IF
通道低通滤波器的频率设计不能像普通低通滤波器那样，如果设计
L
波段低通滤波器，那十几个倍频的
Ku
波段会形成寄生通带，根本没法隔离，设计时需要将低通滤波器的通带频率设计到
X
波段附近，这样
IF
通道
Ku
波段隔离就能达到效果。设计低通滤波电路参数如图
-5
，电路仿真结果如图
-6
所示。
6 A4 M6 C/ A' [0 B/ L
3 q# [% u0 ~! s3 @2 b+ u
图
6
低通滤波电路仿真结果
& l3 i/ d! R+ ]
% u8 U$ k" i' Y9 I3 O; k
②
IF
通道微带线高低阻抗线低通滤波器在有限的尺寸不能满足隔离要求，所以考虑后面再加一级
LC
集总参数的低通滤波器作为补偿，以保证满足隔离要求。设计
LC
低通滤波电路参数如图
-7
，电路仿真结果如图
-8
所示。
8 q5 e5 m7 t4 f% x1 M, d. E
% g9 }1 E# h6 m# y- ?
6 n) T; @/ A( i' W
图
8 LC
低通滤波电路仿真结果
! Q0 U! c, v/ M& [8 W5 A# W4 ?5 m
5 B; |% r+ V; Y* l8 K
4
双工器模型的设计仿真
9 v0 O v! }& s6 I. |
3 D8 ^5 M3 J4 G# b" G) V) c
双工器模型电路如图
-9
所示，各个模块的隔离分别在
-33dB
和
-46dB,
多级串联的时候
,
隔离该是他们之和
-79dB,
可是隔离却只有
-48dB
和
-47dB,
双工器
PCB
板电路仿真结果如图
-10
所示。
( G% z2 q5 [* r6 e: k
+ @4 }& q) K7 |. F: h
满足要求
,ADS
软件没有物理隔离模型，如果要实现高隔离度，必须依靠封装盒体的物理隔离才可以实现
,
既然模块的隔离度之和远大于指标值
-65dB,
那么双工器采用这些模块方案是完全可行的
,
保证能满足技术指标要求
.
由于频率很高
,
盒体的设计也由为重要
,
采用机加工金属盒体
,
在三通和两级滤波器之间放置隔离板
,
来保证通道的隔离度
.
上盖为
2mm
的金属平板
,
来保证外界的干扰。盒体如图
11
所示。
$ x- g3 G% i$ C6 N( x
+ b- W1 p8 ^& E
8 n* f9 H( i0 f4 r4 o! {0 d! i. Q
图
11
双工器盒体
- c, N" E% f3 ~7 w$ `3 F4 u
# S: {' j$ Z9 J) q. t$ h% B' M! Z
0 c$ j; P& O; e' L/ J
图
12
双工器测试结果
/ k' ?4 @# t; x# r
* U7 a7 I8 c% |% Y
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2 E/ L# H' n. g% f. F. S
1.
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5 {- I* L. v' p* [9 d8 |- S; Z
2.
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±0.25GHz2 o6 w& U7 i6 M) o
- \9 { h! A' q6 ^6 ]
# S: {' j$ Z9 J) q. t$ h% B' M! Z